Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние анаэробиоза и длительной темноты на фотосинтетический аппарат проростков пшеницы и риса

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние анаэробиоза и длительной темноты на фотосинтетический аппарат проростков пшеницы и риса"

СШСГ-ПШЗРБУР1ШЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИШЕРСЙТЕГ

На правах рукописи

1ЮБЩШШЗГИ Лариса ОмарИвана

ВЛИЯНИЕ АНАЭРОБИОЗА И Д ПТШЬНОП ТВШШ НА вОТОСИНТВШЕСКИЙ АППАРАТ ПРОРОСТКОВ ПШЕЕИЦЫ И РИСА

03.00.X2 - физиология растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на ооясканвв ученой отвпеня кандидата биологачеокях каух

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1993

Работа выполнена на кафедре физиологии и биохимии растений Санкт-Петербургского университета, в лаборатории функциональной активности мембран Биологического научно-исследовательского института Санкт-Петербургского университета, а также на кафедре биологии Гумбольдтовского университета г.Берлина

Научный руководитель доктор биологических наук

профессор Т.В.Чиркова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

профессор О.А.Семихатова

кандидат биологических наук Ю.И. Маслов

Ведущее учреждение: Институт эволюционной физиологии я биохимии им. И.М.Сеченова РАН

Защита состоится " I V 1993 г

на заседании Специализированного совета К.063.57.12 то приоуада-1Ш ученой степени кандидата биологических наук в Санкт-Петер-бургоком государственном университете по адресу: 199034 Санкт-Петербург, Университетская,наб., 7/9, биолого-почвенный факультет СПбГУ.

С диссертацией иожно ознакомиться в библиотеке им.Горького Санкт-Петербургского университета.

Автореферат разослан * » 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат биологических наук

В.В.Ермилова

Актуальность теки. В последнее десятилетие все больяэ внимания привлекают особенности метаболизма растения в условиях недостатка ( гипоксия ) или отсутсвия ( аноксяя ) кислорода. В отличие от других типов воздействия, влияние Ьтих факторов изучалось значительно меньше, хотя в естественных условиях растения часто страдают от кислородной недостаточности. Действие анаэробиоза исследовалось преимущественно на корневой системе растений, а также органэллах, вцделенных из этих органов (Чиркова, 1988) . Работ, посвяшенных изучению структуры и функции фотослнтвтического аппарата листьев в упомянутых условиях очень мало {Knacker, shaub , 1982: Knacker et al. . 1986; Walter et al. , 1990 X Считалось, что адаптивные приспособления листьев менее четко выратены, поскольку эти органы обычно не испытывают кислородной недостаточности в естественных условиях, и кислород, образующийся в процессе Фотосинтеза, обеспечивает их потребности, однако, монет происходить полное затопление растений, которое затрудняет доступ кислорода я к надземным частям. С другой стороны, фотосистема 2, связанная с образованием кислорода, наиболее уязвима при действии различных факторов ( Тарчевский. 1977 ). Появляются единичные данные о быстром прекращении Функционирования этой.системы и в условиях анок-сии на свету ( Астафурова и др., 1SSO ). Все это указывает на необходимость исследования влияния анаэробиоза ira функционирование фотосинтезирутих органов растений.

В связи с возможным ограничением поставка фотосинтетического кислорода при аноксии представляется интересным рассмотрение также кооперации хлорошшстов я митохондрий как основных энергопос-тавяяющих клеточных органелл в бескислородной среде на свету и в темнота.

Особенности структуры и функциональной активности митохондрий в условиях гипо- и аноксии изучены довольно полно. Поскольку энергетические функция выполняют и хлоропласта, выяснение своеобразия и общих ответных реакций этих органелл на анаэробиоз, также является важным. Однако, в отличие от митохондрий, для хлоропластов повреадашии фактором является и длительная темнота. В наших экспериментах растения для ограничения притока фотосилтетического кислорода помещали а темповые условия, поэтому представлялось необходимый введение в качестве контрольных в опытных как темновае так и световые варианты. Таким образом, оба типа воздействия йс-

следовались параллельно, что давало возможность сравнить их по силе и направлению реакции, а такжэ выяснить, увеличивается ли устойчивость к темноте у устойчивого к аноксии объекта.

Цель и основные эяттачи исследования. Целью настоящей работы являлось ¿[сследованаа влияния анаэробиоза и длительной темноты на состав и функции фотосинтотичаского аппарата листьев растений, контрастных по устойчивости к недостатку кислорода.

В задачи работы входило изучение влияния указанных факторов

на:

- качественный и количественный состав основных пигментов фотосинтеза;

- содержание общего, растворимого и тилакоидного белка хлоропластов;-

количаство фосфо- и гликолипвдов хлоропластои, а также интенсивность включения в них моченого предшественника;

- интенсивность одного из процессов распада липадов - пере-кисного окисления липидов ( ПОЛ);

- фотохимическую активность хлоропластов, и содержание А'ГФ в листьях, активность митохондриальной еукцинатдегидрогеназы (СДО. как показателя жизнеспособности митохондрий, исследовалась также репарация этих показателей после пореноса растений в условия нормальной аэрации ц освещения.

Научная новизна. Впервые проведено исследование влияния анаэробиоза и длительной темноты на фотосинтэтический аппарат растений, различающихся по чувствительности к недостатку кислорода, а такяо сравнение обоих стрессовых факторов по силе и направлению реакции. Обнаружена возможность репарации фотохимической активности хлоропластов риса после длительного пребывания I! анаэробных условиях в темноте (72 ч) , тогда как у пигнацц даже 43-часовая аноксия полностью ингибировала зтот процесс. Показано, что инги-барованле фотосинтеза арл аноксия не коррелировало с разрушением пигментов, белков и галактолишдов тилакоидов, но может быть вызвано падением содержания хлоропластних фосфолипидов. Впервые установлено, что наиболее уязвимая фотосистема 2 в условиях аноксия поврездаетсл раныпэ у неустойчивого растения, чем у устойчивого. Внэрвьгз продемонстрирована роль ПОЛ при аноксии и значение эндогенных антиокевдантов в предотврлщении разрушения липидов в листьях устойчивого и чувствительного к аноксии объектов. Новыми

являются и данные о более длительном сохранении у устойчивого растения в условиях аноксии СДГ листьев.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для составления лекций по програже "Физиология стресса". Работа вносит вклад в углубление представлений

0 формировали!! адаптивных реакций клетки устойчивого растения на уровне Фотосинтетического аппарата.

Апробация паботн. Результата, представление в диссертации, обсуэдаяись на 1 съезде ВОФР С Минск, 1990), конференции "Фотосинтез и фотобиотехнология" ( Пуиг.шо, 1991), на заседании Петербургского общества естествоиспытателей ( Санкт-Петербург, 1992 ), и гя-федры физиологии и биохимии растений (Санкт-Петербург, 1993).

Публ:театг,га. По материалам диссертация опубликовано 5 работ.

Структура диссертанта. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Объем диссертации составляет 200 стр., из них: обзор литературы - 52 стр», результаты исследозашй, вклачахаие 23 рисунка и 1 таблки/ и обсуждение - 62 стр., заключение л выводы -8 стр., библиография - 325 наименований (93 работы на русском и 232 на иностранных языках), приложение: 17 таблиц.

ОБЪЕКТЫ II :.'£Г0ДЫ ;;ССЛЕДОЗАЖЯ

Объекты. 3 работе использованы 7-дневпыо проростки шеницы (Triticun аези\гша L.) сорта Ленинградка я 10-дневные проростки риса (Oryza sativa L.) сорта Краснодарский 424, различающиеся по устойчивости к недостатку кислорода. Семена замачивала в течение

1 ч при 42°С (пшеница )и 60°С (рис), а затем переносили в термостат, где проращивали при 37°С в течение 3 дней.

Условия культивирования. Растения проращивали на свету интенсивностью 80 ВтА.С при температуре 20-22°С с фотопзриодом 17 ч в течение 4 дней ^пшеница )и 7 дней (рис )или хо на свету интенсивностью 30 Вт/г/" в режиме непрерывного светового дня при температуре 23°С на модифицированной, аэрируемой среде Кнопа.

Постановка опытов. Для создания анаэробных условий растения пометали в эксикаторы объемом 2-3,5 л, заполняете в течение 1,5 ч газообразным азотом, с остаточным содержанием кислорода 0,Olí. К эксикаторам присоединяла приемники-поглотители СО2, заполненные 30&-НЫМ КОН. Для исследования фотосинтетических пигментов, общего' и растворимого белка, АТ1>, а такие фотохимической активности хло-

ропластов и активности СДГ, растения помешали в боксы, через которые продували увлажненный азот (остаточное содержание : 50 мел аргона, 30 шел води, 10 мкл водорода, 1 шел СО, 1 мкл COg а 3 мкл Оз). В контрольных вариантах растения находились на воздухе, при освещении или в темнота.

В качестве радиоактивного предшественника липидов использовали 2-14С-ацетат (В/О "Изотоп").

Содержание пигментов в листьях оценивали спектрофотометри-чески (LichtenUiaier, Weliburn , 1S84). Спектры регистрировала на спектрофотометре Ы-40 (" Speoord. ГДР).

Вштелениа хлоропластоп и митохондрий осуществляли общепринятыми методами дифференциального центрифугирования.

Сорержшгие белка определяли по методу Хессе (Невзе et ai ., 1S71) В ЛИСТЬЯХ, Я ПО катоду Лоури (Lowry et al., 1S51) в хлоро-пластах.

Интенсивность ПО/1 в листьях и хлоропластах определяли по содержанию его конечного продукта - ьшлонового диальдвгвда ( "ЛА ) (Рубин и др., 1976). Для изучения действия <с-токоФеролацетата на уровень ПОЛ корна проростков обрабатывали эмульсией »С-токоферол-ацетата (6,5-10~^!.1) при встряхивании на шейкеро Ш-рап ( Польша), согласно методике Гордона (Гордон, 1S76).

Содеатаниэ сС-токоТарола определяли в соответствии с методикой Ермакова (1976).

Содержание тилакопднцх лигтааов. Сушашые ляпиды выделяли по методу Кейтса (Кейтс, 1975). Полярные липиды делили на фракции • методом тонкослойной хроматография на силикагеле ХСХ и проявляли парами иода (Синютина и др., 1978). Были получены основные фракции липидов - фосфолипяды и галактолипиды. 1/2 часть каждой фракция использовали для определения радиоактивности на жидкостном ецпнтилляционном счетчике модели ls-100 " Beckman"(CilIA). Вторую половину использовали для анализа оодергания фосфолапидов (Bart-lott» 1959; Oerlach, Dautiko , 1S63), a также галактолипидов по реакции галактозы с антроном (Radin , Lavin , 1955),.

Оотохкгмчоская активность Фотосистем. Измерение активности транспорта электронов в фотосистеме 1 (ФС 1) и фотосистеме 2(ФС 2 ) бЫЛО Проведано D СООТВетСТВШ С МеТОДИКОЙ ХИККО (Hiekke et al ., 1983). Поглощение кислорода измеряла с помошыа электрода Кларка.

Активность СЛГ. Определение активности СДГ проводили согла-

сно методике Зингера о соавторами (Singer et al 1973). Падение оптической плотности измеряли на спектрофотометре " Specol 200" (" Кег1 Zeiss ", Jena ) .

Статистическая обработка данных. Довторяость бирлогаческях опытов - 5-10-кратная. Все результаты обработаны статистически (Ыаслов, 1978) . Определяли срвднеквадрзтическую ошибку, среднего арифметического, при оценке достоверности использовали критерий Стъюдента при 57<-пом уровне значимости.

РЕЗУЛЬТАТН ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУШИВ Содержание хлорофиллов и каротпноидов. Содержание основных фотосинтетических патентов определяли в первичном листе и остальной части проростка, т. э. остатке, к которому относили вторичный лист, колеоптиль и стебель, пшеницы и риса. Динамика изменений содеряания отдельных пигментов в зависимости от условий эксперимента была практически идентичной, что объясняется взаимозависимостью метаболизма пигментов (Ладыгина я др., 1990). Содержание хлорофиллов л каротгоюидов в первичном листе. пшеницы сплелось через 48 часов темноты и темповой аноксик (рис. 1 - для хлорофилла "а"), т.е. аноксил из оказывала дополнительного деструктивного воздействия. Аналогичное падение количество пигментов, в том же физиологически более старом первичном листе показано а для проростков риса, но оно но было таким резким. В более молодых ча-

Рис. 1. Влияняз анаэробиоза з темноты

ПЕЕКЩА

остаток

на содержание хлорофилла "а" в листьях проростков шпанацы а риса.

К/Т - контроль, темнота; А/Т - анаэробиоз, темнота.

Экспозиция, чао

стях проростка обоях объектов практически никакой реакции пигментов на затемнение я аноксию обнаружено не било. Таким образом, аноксия вызывала деструктивные изменения только в пигментах физиологически более старых частей проростка, причем аноксия и темнота не различались по сале к направлению воздействия. Пигменты у риса была более стабильны по сравнению с пшеницей и в первичном листа проростка. Было зарегистрировано также слабое падение.соотношения хлорофилл "а"/"Ь" в темноте и более сильное - при аноксии.

Содер?якяо общего, оаствопямого я хлоропластного белка. В первичном листе пшеницы под влиянием темноты снижалось содержание общего а растворимого балка, причем помещение растений в темноту при отсутствии кислорода на усиливало скорости этого снижения.Таким образом, для белков зелепого листа, так же как для пигментов, определяющим являлся эффект текноти. В более молодых частях проростка того же объекта содержание белка не изменялось даже при 48-часовой экспозиции в атмосфере азота. Белки риса и в первичных листьях, и в остальной части проростка были более устойчивы к неблагоприятным воздействиям, чем пшеницы, несмотря на увеличение сроков темновой и анаэробной экспозиций.

Количество белка в хлоропластах пяешщы в условиях нор.'лаль-ной аэрации на свеяу к 24 ч экспозиции несколько возрастало, а в темноте менялось незначительно (рис. 2). Отсутствий снабжения растений кислородом ва свату и в темноте приводило к обратным результатам: на свету количество белка увелачиволось, з темноте -резко падало. Таким образом, для.тилакоиднкх белков пшеницы и'риса особое значение имело не столько наяичие кислорода, сколько

К/С - контроль, свет; А/С - анаэробиоз, свет; К/Т - контроль , темнота; А/Т -анаэробиоз, темнота

к о

а

60 70

3

"О

1

ПШСЩА '

A vc „Л'л к/о

^^-ч к/т

А/Г

20 10

РИС

0

17 24

А/С А/Т К/Т К/С

О 24 72 Зкзпоэицая, час Рес. 2. атаякиэ анаэробиоза и темноты на содержание белка в хлеропластах проростков пшеницы и риса.

света. В хлоропластах ряса содержание бедка несколько снижалось только через 24 ч анаэробного воздействия, но к 72 ч восстанавливалось до исходного уровня ( в темноте ) ■ ила- несколько превышало его (на свету ). Таким образом, под влиянием темнота и сочетания ее с аноксией происходило снижение содержания всех фракций белка. У устойчивого растения риса сдвиги в содержании фракций белка в неблагоприятных условиях происходили медленнее и о меньшей амплитудой, чем у неустойчивого объекта - пшеницы.

Метаболизм хлоооготастннх липилов. Из хлоропластов опытных растений были выделены к проанализированы основные лзпиды хлоропластов - галактолиплды (МГДГ, ДГДГ и сульфолипиды ) и фосфолипи-ди. Сульфолипиды были обнаружены только у пшеницы. У риса, по-видимому, их содержание ниже, и с помощью использованных нами методов обнаружить их не удалось. В литературе отмечены аналопгаша затруднен:«? (Aro et al ., 1S8S).

Содержание фосфолипидов при аэрации на свету и в меньшой мере в темноте по мере роста растений значительно увеличивалось (рис. 3). Анаэробиоз тормозил нарастание указанной фракции как на своту, тазе и в темноте, причем ингибирухщеэ влияние анаэробиоза было сильнее, чем темноты. Полученные результаты могла евздетоль-Содэряанце фосфолшпдов

10

4 К

пшеница

Т

К/С К/Т

А/С А/Т

В) о и

о о о, о

S

900 i

700 \

400

200

Включение пшеница

400 200

О 17 24

О 24 Экспозиция, час

Рис. 3. Нлиянио ана- . зробиоза и темноты на содержание и интенсивность включения 2-14С-анетата в фосфолшиды хлоропластов проростков пшеницы и риса.

К/С - контроль, свет; А/С - анаэробиоз, свет; К/Т - контроль, темнота; А/Т -анаэробиоз, темнота

ствовать как об усилении распада этой фракции, так и о торможении их синтеза. У риса исходное содержание фосфолипидов было ниже, чем у пшеницы, и в темноте, независимо от режима аэрации, количество их падало через 24 ч и в дальнейшем не изменялось. Интенсивность вклачения 2-14С-ацатата в фосфолипиды хлоропластов пшеницы в первые 17 ч снижалось во всех вариантах опытов. Однако к 24 ч при аэрации на свету и в темнота, это снижение прекращалось, в то время как в анаэробной среде продолжало прогрессировать особенно интенсивно при сочетании темяового и анаэробного воздействий. Последнее может отражать сильную инактивацию синтеза фосфолипидов в анаэробных условиях. У риса характер включения матки в контрольных вариантах бил дач та таким же как в тех не вариантах у пшеницы. Тем не менее, при 24-часовой аноксии на свету происходил не спад, а подъем скорости поступления метки в фосфолипиды,и только к 72 ч происходило небольшое по сравнении с контролем снижение интенсивности этого процесса. При конечных сроках экспозиции у обоих растений максимальное снижение синтеза наблюдалось при совмещении анаэробных и темновчх условий. Полученные результаты свидетельствуат о поддержании и даже временной активации си-.птеза фосфолипидов в хлоропластах риса в условиях анаэробиоза так же как это было показано для митохондрий его корней ( Сшгатина и др., 1579). Таким образом, у неустойчивого растения анаэробиоз резко инактивировал синтетические реакций в хлоропластах на свету и в темноте, что сказывалось и на торможении нарастания количества фосфолипидов. У устойчивого растения, наоборот, обнаруженная активация этого процесса по сравнению и с контрольным вариантом, и с исходным уровнем, обеспечивала, по-видимому, сохранение уровня фосфолипидов у риса. Иодцераание у него высокой интенсивности метаболизма фосфолипидов в неблагоприятных условиях можно отнести, вероятно, к ададтявнш реакция;.!.

В результате определения содержания галактолипадов обнаружено, что у обоих объектов дошнирущими оказались мокогаяактоэил-диацилглиаериды ( МГД1) , превышавшие в несколько раз содержание дигалактозилдаацилглдцерадов (ДГДГ).

У пвоницы в темнота содержание МГДГ возрастало как в условиях аэрации, ток и анаэробиоза, на ранних сроках воздействия, но затем происходило его снижение (рис. 4). На свету количество МГДГ увеличивалось, причем с несколько меньшей скоростья в атмосфере

Содержание МГДГ пшеница

Включение 2-^С-ацетата . рио

Рис. 4. Влияние анаэробиоза и темноты на содержание и интенсивность включения 2-^С-ацетата в ¡ЯдГ хлоропластов проростков ппеницц а риса.

К/С - контроль, свет; А/С - анаэробиоз, свет! К/Т - контроль, темнота; А/Т -анаэробиоз, темнота

Экспозиция, час

азота.

(таг.

У риса при освещении на воздуха шло увеличение содержания но при аноксии на свету оно не изменялось в течение 72 ч экспозиции. В темноте уровень МГДГ сначала несколько падал, но к концу экспозиции восстанавливался до исходного. Таким образом, для тилакоядных липидов, так же как для белков, пигментов Фото-синтетаческого аппарата длительное отсутствие света имело такой же сильный повреждающий эффект, как удаление кислорода (кроме фос-фолипидов). В ответ на действие темноты а аноксии возникали двухфазные реакции, но у пшеницы увеличение содержания МДГ било резким и приходилось на более краткиа сроки экспозиции. У риса яэ изменения били более растянуть?« по времени и сглаженными. Последнее, как могаю судить по литературным данным, является приспособительной реакцией (vigh et ai,, 1385; Aro et al., 1986). Интенсивность включения метки в МГДГ пшеницы активировалась па свету при аноксии (17 ч), после чего происходил спад. Аноксая в темноте тормозила синтетические реакции практически полностью через 24 ч воздействия. У риса ira свету при аэрации и мчньшо при анаэробном воздействии интенсивность включения Я-^С-ацетата усиливалась , влияние же томпоги било инггбируюиим, что приводило, по-ви-дпкому, к снижений содержания МГдГ в тех жв вариантах.

Характер изменений в содержании дигалактолшшдов был таким же как для ЫГДГ.

Таким образом, в отличие от фосфолипидов, определяющим для поддержания а синтеза хлоропластных галактолипвдов оказалось влияние не анаэробиоза, а наличие или отсутствие света. Ляпиды хло-р01иастов риса меньше цоврездадись и при длительном анаэробиозе и пря затемнении.

Поскольку изменения в содержания липидов хлоропластов могли быть отражением и их распада, мы рассмотрели одан из подобных процессов - иерекисное окисление липидов (ПОЛ).

Процессы ПОЛ и защитная роль <£ -токоферола. Для оценки дяна-ми1Ш процессов ПОД было исследовано изменение содеряания малонового диальдогада ЩцЛ) в гомогенате и хлоролласгах обоих объектов (рис. 5). Показано, что исходный уровень ПОЛ у пшеницы бвл втрое выше, чем у риса, что согласуется с литературными данными (Чиркова, Блохина, 1591). При аэрация на свету и в темноте у обоих объектов интенсивность ПОЛ не превышала исходный показатель, но после 3-суточного затемнения у пшеницы происходило некоторое накопление уда. Анаэробиоз увеличивал интенсивность ПОЛ на свету и в темноте у обоих объектов. У риса посла 24-часовой экспозиции интенсивность ПОЛ менялась мало, причем дополнительное создание те-мновых условий не влияло на уровень процесса. У ше.шцы за подъемом активности ПОЛ следовал спад на более поздних сроках воздействия. Таким образом, аноксия усиливала интенсивность ПОЛ как у приспособленного, так и у неприспособленного объектов, но амплитуда и динамика этих процессов у них различались.

В хлоропластах обоих растений анаэробиоз также активировал ЯОЛ, главным образом на свету, а его динамика обнаруживала определенное сходство с таковой в гомогенате.

Меньшая интенсивность СОЛ в листьях у риса по сравнению с шшицэй кокет быть связана с особенностями действия у этих растений систем аитаоксвдалтной защиты, одной из которых является еС -токофоролацатат (1ФА). Выяснилось, что у пшеницы внесение экзогенного антаоксядаята тормозило ПШ во всех вариантах, исключая световой анаэробиоз, у риса же - активировало этот процесс. Интенсивность ПОЛ в последнем случае увеличивалась почти вдвое. Полученные результата могли свидетельствовать о различном значении для торможения ПОЛ не только зкаогенного, но и эндогенного токо-

^»Ь-ггзгф»'«! д^лчстьях и хлороплас-

Рис. 5. Влияние анаэробиоза я темноты на содержание МДА в

«»=$ Н/Стах проростков

^ К/т

w ниыы и риса.

пше-

К/С - контроль, свет; Л/С - анаэробиоз, севт; К/Т - контроль, темнота; А/Т -анаэробиоз, темнота

экспозиция, сут

ферола. Как выяснилось, по исходному 'содержанию эндогенного токоферола оба объекта не различались. Анаэробиоз способствовал падений содержания -с-токоферола у пшеницы, у риса же этот показатель оставался неизменным в течение всей экспозиции, исключая некоторое снижение его в темноте при аноксии. Таким образом, хотя содержание токоферола у риса не превышало таковое у пшеницы, но при более низкой исходной интенсивности ПОЛ, антиоксидантной активности эндогенного сС-токоферола риса оказывалось, вероятно, достаточно для подавления свободнорадикальных пронессов, а введение дополнительного антиоксиданта приводило к стимуляции ПОД. Подобные факты известны из литературы (Ушкалова, Сторожок, 1981).

Таким образом, меньшее падение содержания липидов хлороплас-тов у раса при анаэробиозе связано, по-видимому, не только с возможным временным усилением синтетических реакций, но и со способность») предохранения ¡слеток от ПОЛ.

Различия во влиянии анаэробиоза на содержание основных компонентов мембран и вклпченио моченого предаественника в лилиды у обоих объектов не могло не отразиться на выполнен®! хлоропластами основной функции - фотосинтеза. Для проверки этого было проведено

- 12 -

исследование фотохимической активности хлоропластов.

Фотохимическая активность хлопопластов. Показано, что фотохимическая активность фотосистемы 1 (ФС 1 ) не клменлпдсь после 48 ч экспозиции в темноте (таблица) в первичном листе пшеницы, активность же фотосистемы 2 (ФС 2) снижалась. В более молодых частях проростка темнота усиливала активность ФС 1 и несколько уменьшала активность ФС 2. В проростках же риса после 3-суточного затемнения фотохимическая активность ФС 1 увеличивалась в 1,5 ра' за и не пацала даже после 4 ч пребывания на свету. Аналогичный подъем выделения кислорода показан и для ФС 2, однако после 4 ч освещения величина данного показателя снижалась.

Что касается аноксии, то у пшеницы после 48 ч экспозиции происходила необратимая инактивация обеих фотосистем как в более молодых, так к физиологически более старых частях проростка. У риса даже после 72 ч аноксии ФС 1 сохраняла способность к активации, особенно высокую после 30 мин последующего освещения. ФС 2 несколько снижала активность, но не была ингибирована полностью. Таким образом, для риса была характерна способность в течение более длительного срока анаэробиоза сохранять функциональную активность и целостность тилакоидных мембран, тогда как у пшеницы более кратковременная аноксия приводила к необратимому ингибирова-нши фотохимической активности. Устойчивость к темповому воздействию также в большей мере была выражена у риса, у пшеницы же она бала характерна только для более молодых частей проростка. Ранее были получены подобные данные о лучшем сохранении активности митохондрий корней риса по сравнении с пшеницей (Чиркова, 1988).

ФС 2 повреждалась при аноксии в большей море, чем ФС 1 у обоих объектов,-что с одной стороны подтверждай! данные, полученные ранее при действии других повреждающих факторов вношией среды (Thomas et al.,lS8G; Лютова и др., 1988; Ладыгина и др., 1990), а с другой стороны указывает на ограничение образования кислорода в анаэробной среде на свету у неустойчивого растения. Пос-'.еднее подтверждается литературными данными (Астафурова и др., 1SS0).

Поскольку важнейшей функцией не только мнтохондриальных, но и хлоропластных мембран является фосфорил".1розанле, полученные данные могли указывать на большую способность этих органелл у раса поддерживать необходимый для выживания уровень А№ после возвращения растений в нормальные условия аэрации и освещения.

Таблица

Активность фотосистем 1 и 2 в изолированных хлоропластах пшеницы и риса, выделенных аз проростков, подвергнутых экспозиции в темноте и атмосфере азота и затем возвращенных в условия нормального освещения (30 Вг/м-2) и аэрации (иост-экспозиция ) (в мкмоль О^.мг хлорофилла-*'

Вариант Длительность Длительность Фотохимическая активность экспозиции пост-экспо- ■ ■ ■ - ■ ■ ■ ■

час зиции, час ФС 1 ФС 2

Яшоница

1.Первич- 0 - 382 £ 16 39 £ 5

ны и ллст

Аэрация 48 0.5 375 £ 14 33 £ 4

- 4.0 379 ± 15 26 ± 3

Анаэробиоз 48 0,5 - -

- 4,0 - -

2.Остаток 0 - 187 £ 5 26 £ 6

Аэрация 48. 0,0 203 £ 18 15 £ 3

- 4,0 316 ± 54 16 £ 2

Аназробиоз 48 0,5 - -

- 4,0 - - •

Рте

Проросток 0 - 399 t 18 41 + 4

Аэрация 72 0.5 613 ± 58 67 £ 14

- 4,0 666 t 71 57 £ 7

Анаэробиоз 72 0,5 492 ± 98 35 £ 6

- 4.0 455 + 31 35 + 3

Сопадтанущ АТО. В расчете на орган количество АТФ было в 2,5 раза ниже в проростках ряса по сравнению о пшеницей. Экспозиция в темноте не влияла на уровень АТФ и у пшеницы и у риса, поскольку потеря АТ5 компенсировалась за счет тешового дыхания. Аноксия, в отличие от темноты, уже через 24 ч вдвое уменьшала количество АИ в листьях пээняцц ■! сникала этот показатель почти до нуля через 48 ч. У риса ео количество АТ5 несколько аадало на ранних сроках аноксия, но к концу экспозиции оказывалось на относительно висо-

ком уровне, т.е. энергетический метаболизм риса при аноксии повреждался гораздо в меньшей мере, чем у пшеница.

После переноса проростков риса из условий анаэробиоза (72 ч) на воздух происходила быстрая репарация изменений в содержании ATO. У пшеницы уровень АТФ не восстанавливался полностью, несмотря на меньшую экспозицию в атмосфере азота (48 ч). Репарация содержания ATí в нормальных условиях у риса объясняется восстановлением фотохимической активности фотосистем. Вместе с тем, данные об отсутсвии наценил у риса содержания ЛТФ указывает и на меньшее повреждение у него по сравнению с пшеницей и митохондрий, о чем можно судить по сохранению активности основного маркерного фермента митохондрий - сукцинатдегидрогеказы (СДГ).

Активность СДГ. Действительно, аноксия способствовала падению активности фермента пшеницы (48 ч), а у риса даже -72 ч воздействия не приводили к его инактивации. Эти данные косвенно свидетельствуют о лучшем сохранении целостности сопрягающих мембран митохондрий у риса, что подтверждается данными дал митохондрий из его корней (Чиркова, 19S8). Темнота нэ влияла на активность СДГ у обоих объектов.

Не исключено, что, в темноте при нормоксии происходила кооперация между хлоропласташ и митохондриями, когда необходимое для поддержания нативной структуры хлоропластов и митохондрий количество АТФ поставлялось митохондриями, о возможности чего хорошо известно. Это следует из результатов определения АЮ, а также активности фотосистем хлоропластов и СДГ митохондрий.

Заключение, в результате проведенного исследования показано более длительное сохранение структуры и функции фотосинтетического аппарата в условиях анаэробиоза в проростках устойчивого к гипоксии растения раса по сравнению с неустойчивой пшеницей.' Это выразилось в быстром восстановлении работы фотосистем после возвращения растений в условия нормальной аэрации и освещения. Большее повреждение ФС 2 в условиях анаэробиоза» особенно у неустойчивого растения, указывает на невозможность полного обеспечения растения фотосинтетическим кислородом в условиях аноксии на свету. Структура хлоропластов у раса повреждалась также в меньшей мере, чем у пшеницы: содержание пигментов, белков и липпдов уменьшалось в темноте в в бескислородной средо медленнее, чем у пшеницы. Как показано для липидов, это может быть вызвано и частич-

ним поддержанием синтетических реакций, так и тормоаонаем распада в процессе ПОЛ. 11а содержание пигментов, белков и галактолипидов тилакоидов отсутсвие света отзывало на меньший повреждающий эффект, чем анаэробиоз. Количество же фосфолипидов хлоропластов, ATO и фотохимическая активность в большой мере иоврездались именно в анаэробных условиях, что может указывать на важную роль фос-фолиплдного компонента в работе фотосинтетнческого аппарата, на ЧТО есть указания И В литературе (Rawyler, Siegenthaler ,1981). Более длительное сохранение у уотойчивого растения целостности а Функциональной активности мембран хлоропластов и митохондрий в неблагоприятных условиях могло способствовать обеспечению эффективной компенсаторной кооперации этих органелл в темнота при аэрации, а также восстановления их активности после возвращения растений в условия нормальной аэрации и освещения.

ВЫВОДЫ

1. В результате анализа содержания основных пигментов фотосинтеза в листьях проростков пшеницы и раса показано, что под влиянием темноты и анаэробиоза происходило падении его только в физиологически более старых частях проростка, причем действие темноты и аноксии было равным по силе и направлению действия.

2. Исследование общего, растворимого и тилакоидного белка у проростков обоих растений выявило, что у риса разрушение всех белковых фракций в атмосфере азота и при затемнения наблидалось в меньшей мере, чем у пшеницы.

3. Показано, что аноксия тормозила нарастание всех Фракций тилакоидных липидов. Однако у пшеницы обнаружено кратковременное увеличение содержания липидов, которое затем сменялось спадом. У риса же оно шло постепенно и достигало максимального значения к кощу экспозиции. Отмечена также временная активация включения 2-^С-ацетата в липиды хлоропластов обоих объектов в условиях анаэробиоза на свету и в темноте, которая наблюдалась при кратковременных сроках экспозиции.

4. Исследование уровня перекисиого окисления липидов показало помимо болео низкого исходного уровня ЛОЛ у риса, в отличие от пшеницы, нарастание интенсивности этого процесса под влиянием аноксии, причем у риса оно шло значительно медленнее. Выявлена таете более значительная роль эндогенного токоферола в предотвращении ИОЛ в бескислородной среде у устойчивого растения.

-16 -

5. В хлоропластах пшеницы наступала полная инактивация обеих фотосистем после 48 ч аноксии в темноте и невозможность их репарации после переноса растений в условия нормоксиа. У риса же интенсивность Фотосинтеза восстанавливалась полностью после 72 ч анаэробиоза. Затемнение при нормальной аэрации не приводило к инактивации фотосистем у обоих объектов.

6. При 48 ч аноксии в проростках пшеницы содержание ATO падало почтя до нуля, но после переноса растений в нормальные условия аэрации частично восстанавливалось. У риса в бескислородной среде снижение количества AW» было незначительным даже после 72 ч анаэробиоза, л после возвращения растений в аэрируемую среду восстанавливалось полностью.

7. Активность сукшшатдегидрогеназы у риса как в темнота, так и при аноксии сохранялась высокой в течение 72 ч, в то время как у пшеницы происходило ее ингабирование после 48 ч анаэробиоза. Пребывание растений в темноте не сказывалось на активности фермента.

Список рабрт. опубликованных по материалам диссертация.

1» ChirkovE f.Y., Cobedgishvili L., Hakalo K., Sinutitia H.P., Chloroplast lipids and anaerobiosie in wheat end rice ff Physiologie Piantarum. - 1990. - Vol.79, N4. - A 132.

2. Чиркова T.B., Гобедашвшш Л.О.,,Хакала К., Синютииа Н.Ф. Влияние анаэробиоза яа метаболизм фосфолидздов хлоропластов проростков пшеницы в раса // Вестник ЛГУ. - 1S91. - Вып.2, №10.

С.77-02

3. Чиркова Т.В.. Гобеджишвила Л.О., Хакала К., Сишатина Н.Ф. Влияние анаэробиоза я темноты иа метаболизм галактолипидов хлоро-пластов проростков шввицы л риса ff Вестник ЛГУ. - 1991. - Вып.21 №17. - С.88-96

4. Чиркова Т.В., Гобедхишвааи Л.О., Вальтер Г.» ГоФ$манн П. Влияние гипо- и аноксии на липиды в пигменты хлоромастов проростков растений, различающихся по устойчивости к дефициту кислорода // Тезисы докладов и сообщений Маадуяародаой конференции "Фотосинтез я фотобиотехиология". - Путано» 1991. - С.5-6

5. Чиркова Т.В., Гобеджищвияи Л.О. Парекисное окисление ли-пидов а защитная'роль «с -токоферсвапетата /витамина Е/ в листьях проростков шюкицы и риса в условиях аэрацва и аноксии ff Вестник

( СП617. - 1993. - Вып.1, *3. - С.111-118